應用型科技大學《電氣控制自動化》實驗教學模式探索

喻曉莉 沈穎 黎澤倫

【摘要】《電氣控制自動化》是一門實踐性較強的課程，在涉及工業控制領域相關專業的應用型科技大學中占據著非常重要的位置，實驗是其中必不可少的部分。本文對課內實驗教學模式進行了探討，采用傳統實驗與虛擬實驗相結合的方法進行，同時對在線課程的實驗模式也進行了探討，通過實際的應用，取得了較好效果。

【關鍵詞】應用型科技大學 ?傳統實驗 ?虛擬實驗 ?在線課程

【基金項目】重慶市高等教育教學改革研究重點項目（項目編號：172032）。

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）51-0019-02

應用型科技大學強調學生的動手能力，其本質強調應用，主要培養掌握科學的方法、擅長動手解決實際問題的具有高層次的專業技術型人才，教學模式以應用型為主，強調知識傳授與能力培養的有機結合。

《電氣控制自動化》是涉及工業控制領域相關專業的一門非常重要的課程，在許多應用型科技大學中將其作為核心課程，實踐性強，實驗是其中尤其重要的一個環節，它關系著學生工程實踐能力的提升，在應用型科技大學中，教學中實驗模式的設計就顯得極為重要。

一、實驗類型

實驗按內容分為課內實驗和綜合實訓。一般而言，課內實驗較為簡單，主要是理論課程中基本原理的驗證、知識的較為簡單的應用;綜合實訓則是理論知識的綜合性應用，往往實驗較為復雜，涉及到多門課程的綜合應用。

這些實驗按實驗方式分為傳統實驗和虛擬實驗。

二、傳統實驗的優缺點

《電氣控制自動化》這門課程包含了兩個部分內容，一個部分就是繼電器控制系統，另一個部分就是PLC控制系統，作為一門理論課程，這兩個部分均有相關的課內實驗。

對于繼電器-接觸器控制部分，傳統的實驗就是給出或者學生自行設計出繼電器-接觸器控制系統圖紙，然后圖紙采用導線連接成控制系統。由于線路連接是硬連接，需要用導線將電氣元件連接起來，學生能夠將理論與實際相結合，培養了學生的實際動手能力，使學生畢業后能很快適應相關工作崗位。

但是這種實驗方式的缺點也是顯而易見的，主要在于電氣元件較多，連接繁瑣，往往一個課時結束，學生還沒有完成簡單的、類似電動機正反轉難度的連接，并且連接完成的同學也不能保證接線完全正確，必須通過老師仔細檢查才能通電實驗，而電源往往用的是工業380V交流，所以存在著極大的安全隱患。

對于PLC部分，課內實驗難度一般不大，如果不存在工業用電的安全問題，完全可以采用傳統實驗，對于交通燈、水塔水位控制、電梯升降控制等較為經典的控制系統，可以選擇設計2個學時的實驗。但是對于較為大型的復雜控制，由于課時限制，并不適合作為課內實驗，可以安排在綜合實訓中進行。這些實驗對于培養學生的工程實踐能力，是極為有利的。

但是由于場地與經費的限制，許多高校實驗室組建的能夠進行PLC控制系統實驗設備非常有限，學生接觸到的控制對象較為單一，因此，傳統實驗并不能夠完全滿足學生深層次的PLC控制系統設計的需要。

三、虛擬實驗優缺點

虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實（又稱VR）等技術在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境，實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種實驗項目。

《電氣控制自動化》課內實驗由于學時、場地等限制，在繼電器-接觸器控制系統部分采用虛擬實驗非常合適。該部分內容可以采用虛擬的實驗環境（平臺仿真），平臺有電機、繼電器、接觸器、開關、按鈕等虛擬低壓電器元件，并存放于庫中，每個元件均與實物外形圖片及管腳相對應，可供學生自己動手配置、連接和使用，其實驗效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果。

PLC控制系統中，課內實驗常常較為簡單，不涉及過大的控制系統，并且PLC的實驗也是由電腦編程完成，所以采用專用軟件，不連接電動機等對象，就能夠非常直觀地呈現出控制狀態。

對于較為復雜的控制系統，實際控制時，要將PLC程序寫入后與真實的控制對象進行連接，如傳送帶、機械手臂等，但是很多時候實驗室并不具備實物連接的條件。在實驗經費、場地、器材等方面不足的情況下，采用虛擬實驗不失為一個很好的解決方案。

學生可以采用inventor等軟件自行設計控制對象模型，將PLC與這些虛擬模型按規定的接口進行連接，編制PLC程序就可以控制它們的運行，這些運行以動畫方式顯示在電腦屏幕上，達到所需要的控制要求。因此，虛擬實驗方式可以完成非常復雜的PLC控制系統，由于控制對象可以自行設計，因此不存在控制對象的實物限制。

但是虛擬實驗的直觀性、動手性較傳統實驗差。

四、實驗教學模式的探索

在進行實驗時，可以將傳統實驗與虛擬實驗進行結合。

對于課內實驗，在繼電器-接觸器控制部分，學生必須要熟悉常用的低壓電器元件，所以應該在實驗室配備常用的低壓電器元件，如交流接觸器、繼電器、熔斷器、按鈕等等讓學生認識，這些必須是傳統的實驗認識項目。

由于學時受限，其它的控制系統設計可以采用虛擬實驗方式進行。通過學生的實際操作，與傳統實驗方式進行對比，發現該種模式效果良好。

傳統實驗方式由于設備及場地限制，不可能每位學生配備一套設備，學生常常被分組，同一組中有部分學生缺乏主動性，同時由于設備限制，也不可能全部動手實驗，所以往往只有部分學生參與;虛擬實驗可以給學生每人配備一臺裝有實驗平臺軟件的電腦，保證每位學生參與，學生的參與性增加，并且修改設計容易，同時安全性增加，非常有利于調動學生的積極性。

PLC控制系統部分，課內實驗主要是原理的運用，適用于簡單的控制，在電腦上采用編程軟件就能進行虛擬仿真，并且可以監視線路的通斷，程序的運行情況，非常方便。對于需要連接控制對象的實驗，可以放在綜合實訓中進行，這些實驗采用虛擬平臺，自行設計控制對象，對于學生的學習能力和綜合實踐能力非常有益。同時還需開設一個經典的PLC控制系統傳統實驗，目的不在于設計，而在于學生對控制系統的實物認識，以增強學生的動手能力。

由于計算機網絡的飛速發展，知識在網上易于獲取，于是在線課程這一新型的教學模式逐漸普及起來。與傳統的課堂教學相比，在線課程具有資源共享性，學習的自主性，學習的協作性等優點，在高校教學中應用非常廣泛。

《電氣控制自動化》這類實踐性較強的課程，也采用了在線課程作為傳統教學模式的補充。

在線課程的補充形式常常采用是教師進行傳統的理論知識講授完后，學生課后可以自行進入在線課程，進行理論知識的自學解惑或在該課程的在線課程平臺中進行討論、自測、答疑等等。然而，該類課程，由于包含了大量的實驗，這些實驗在在線課程中難以得到實際的體驗，這時，虛擬實驗的應用就顯得極為重要。對于在線課程而言，虛擬實驗能夠突破傳統實驗對“時、空”的限制，學生在家中、宿舍就能夠進行學習，無論是學生還是教師，都可以自由、無顧慮地進入虛擬實驗室，操作儀器，進行實驗，作為課后的復習及深入學習，虛擬實驗在提高教學質量方面，意義尤其重大。

五、結論

文中探討的《電氣控制自動化》實驗教學模式，將傳統實驗與虛擬實驗相結合，通過實際的應用表明，該模式可以很好地理論聯系實際，提高學生的學習積極性與主動性。對于應用型科技大學而言，在學時、經費、場地等不足的情況下，虛擬實驗方式具有相當的應用價值;對于開展在線課程的學科，作為補充，虛擬實驗也是相當重要的一個環節。文中所探討的實驗模式，對其它實踐性較強的課程具有一定的借鑒作用。

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作者簡介：

喻曉莉（1971-），女，重慶人，副教授，碩士，目前從事教學科研工作，研究方向：機械電子工程。